本发明提供一种用于重芳烃转化的催化反应系统和方法，该方法在本发明所述的催化反应系统中进行，该系统包括：依次间隔设置的催化反应区和精馏分离区，且在每个所述催化反应区之前和之后各自至少设置一个精馏分离区，所述催化反应区用于含C9⁺重芳烃组分原料与催化剂接触反应生成轻质芳烃，所述精馏分离区用于进行精馏分离获得目标组分；所述催化反应区装填对应功能催化剂使得所述含C9⁺重芳烃组分原料与催化剂接触反应后生成轻质芳烃。本发明一边进行转换和一边进行精馏分离，使得本发明的方法能够用于重质芳烃轻质化反应，实现稠环芳烃转化过程与单芳烃转化过程的分离，同时极大提高了转化效率及产物二甲苯的选择性。